• isotopi stabili
• geochimica ambientale
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La sistematica isotopica del ferro, in particolare applicata alle acque naturali, rappresenta una metodologia emergente e innovativa in campo ambientale. Questo anche considerando che il ciclo del ferro nel sistema acqua-sedimento controlla il destino di una serie di elementi tossici o potenzialmente tossici (EPT) per la salute umana, o comunque dannosi per l’ecosistema e la vita acquatica. Tra gli EPT strettamente associati al ferro si possono citare l’arsenico (in particolare), il piombo, lo zinco, il nichel. Il ferro presenta quattro isotopi stabili naturali: 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe; le abbondanze relative di questi isotopi possono variare per processi di frazionamento isotopico, sia abiotico che biotico, ovvero con processi mediati dalla materia organica. In particolare, i maggiori frazionamenti isotopici sono associati a processi di ossido-riduzione, nei quali l’isotopo pesante si partiziona preferenzialmente nella forma ossidata Fe(III) in reazioni di scambio isotopico all’equilibrio. Il frazionamento isotopico che ne deriva, appunto, è generalmente espresso dalla variazione del rapporto 56Fe/54Fe e riferito ad uno standard attraverso la notazione δ56Fe.
In questo lavoro di tesi, la sistematica isotopica del ferro, è stata applicata a due casi di studio in ambiente minerario: il bacino del Rio Irvi nel Sud Ovest della Sardegna e il bacino del Torrente Baccatoio nel Nord della Toscana. Questi corsi d’acqua scorrono in ambienti caratterizzati da litologie e condizioni meteo-climatiche molto differenti, ma sono accomunati dal fatto che il territorio del loro bacino idrografico è stato interessato, nel secolo scorso, da un’intensa attività mineraria estrattiva che ha fortemente condizionato la qualità delle acque superficiali e sotterranee. Sui due siti è stato svolto un campionamento pianificato in modo da essere rappresentativo dei diversi processi chimico-fisici in atto nei corsi d’acqua e nei principali apporti al loro corso, in particolare in relazione ai drenaggi minerari. Sui campioni sono stati ottenuti i parametri chimico-fisici principali ed è stata determinata la concentrazione degli ioni maggiori e di una serie di elementi in traccia. La composizione isotopica del ferro, è stata determinata attraverso uno strumento HR-MC-ICP-MS. In aggiunta ai campioni di acque, in uno dei due siti minerari i dati isotopici del ferro sono stati ottenuti su minerali di pirite, principale sorgente di rilascio per processi di ossidazione.
Dall’analisi chimica è emersa una significativa differenza nelle condizioni di pH e ossidoriduzione e nella composizione delle specie presenti nei due corsi d’acqua; anche la concentrazione e la speciazione del ferro risulta essere diversa: nel Rio Irvi, soprattutto nella parte più a monte, in prossimità degli apporti dei drenaggi, prevale il Fe(II) in accordo con le caratteristiche anossiche delle acque; nel Torrente Baccatoio, dove le concentrazioni di ferro totale, soprattutto nei drenaggi minerati che lo alimentano, risultano essere molto elevate, si hanno condizioni per la coesistenza di Fe(II) e Fe(III). Dal punto di vista isotopico, le acque lungo il corso del Rio Irvi, evidenziano un frazionamento degli isotopi del ferro attribuibile a possibili processi all’equilibrio, nella parte alta del corso caratterizzata da precipitazione di Green Rust, e cinetici tipo Rayleigh e all’equilibrio.
Nel caso del Torrente Baccatoio, i dati isotopici forniscono indicazioni, pur qualitative, sulle cinetiche di precipitazione di idrossidi di ferro, ed evidenziano differenze tra le piriti dei due siti minerari. Nel caso del Rio Irvi, le variazioni della composizione isotopica del ferro sono associate a variazioni del contenuto di EPT, in particolare arsenico. Nel caso del Torrente Baccatoio i dati isotopici permettono di ipotizzare processi di diluizione di EPT, in aggiunta al ruolo della precipitazione di idrossidi di ferro.